Système de récupération d’énergie cinétique

Un système de récupération d’énergie cinétique ( KERS ) est un système automobile permettant de récupérer l’énergie cinétique d’ un véhicule en mouvement au freinage . L’énergie récupérée est stockée dans un réservoir (par exemple un volant d’inertie ou des batteries haute tension) pour une utilisation ultérieure en accélération. Les exemples incluent des systèmes haut de gamme complexes tels que le Zytek , Flybrid, ^[1] Torotrak ^{[2] [3]} et Xtrac utilisés dans les courses de Formule 1 et un différentiel simple, facile à fabriquer et intégré. basés sur des systèmes tels que le Cambridge Passenger/Commercial Vehicle Kinetic Energy Recovery System (CPC-KERS).

Un système de récupération d’énergie cinétique Flybrid Systems.

Xtrac et Flybrid sont tous deux licenciés des technologies de Torotrak, qui utilisent une petite boîte de vitesses auxiliaire sophistiquée incorporant une transmission à variation continue (CVT). Le CPC-KERS est similaire car il fait également partie de l’ensemble de transmission. Cependant, l’ensemble du mécanisme, y compris le volant d’inertie, repose entièrement dans le moyeu du véhicule (ressemblant à un frein à tambour ). Dans le CPC-KERS, un différentiel remplace la CVT et transfère le couple entre le volant, la roue motrice et la roue de route.

Utilisation en sport automobile

Histoire

Le premier de ces systèmes à être révélé était le Flybrid. ^[4] Ce système pèse 24 kg (53 lb) et a une Capacité énergétique de 400 kJ après prise en compte des pertes internes. Une augmentation de puissance maximale de 60 kW (81,6 PS , 80,4 HP) pendant 6,67 secondes est disponible. Le volant d’inertie de 240 mm (9,4 po) de diamètre pèse 5,0 kg (11 lb) et tourne jusqu’à 64 500 tr/min. Le couple maximal au volant moteur est de 18 Nm (13,3 ftlbs) et le couple au niveau de la connexion de la boîte de vitesses est proportionnellement plus élevé pour le changement de vitesse. Le système occupe un volume de 13 litres. ^[4]

Déjà en 2006, un premier système KERS basé sur des supercondensateurs a été étudié à l’EPFL (Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne) dans le cadre du développement de la “Formule S2000”. Un système 180kJ a été développé en collaboration avec d’autres instituts (Multiphysic Modeling of a Hybrid Propulsion System for a Racecar Application, A. Rufer, P. Barrade, M. Correvon and J.-F. Weber, iamf EET-2008 : European Ele -Drive Conference, International Advanced Mobility Forum, Genève, Suisse, 11-13 mars 2008).

Deux incidents mineurs ont été signalés lors des essais de divers systèmes KERS en 2008 . Le premier s’est produit lorsque l’ équipe Red Bull Racing a testé sa batterie KERS pour la première fois en juillet : elle a mal fonctionné et a provoqué une alerte au feu qui a conduit à l’évacuation de l’usine de l’équipe. ^[5] Le second a eu lieu moins d’une semaine plus tard lorsqu’un mécanicien de BMW Sauber a reçu un choc électrique lorsqu’il a touché la voiture équipée du KERS de Christian Klien lors d’un essai sur le circuit de Jerez . ^[6]

Formule Un

La Formule 1 a déclaré qu’elle soutenait des solutions responsables aux défis environnementaux mondiaux ^[7] et la FIA a autorisé l’utilisation du KERS de 60 kW (82 PS; 80 ch) dans le règlement de la Saison 2009 de Formule 1 . ^[8] Les équipes ont commencé à tester des systèmes en 2008 : l’énergie peut être soit stockée sous forme d’énergie mécanique (comme dans un volant d’inertie) ou sous forme d’énergie électrique (comme dans une batterie ou un supercondensateur ). ^[9]

Kimi Räikkönen a pris la tête du Grand Prix de Belgique 2009 avec un dépassement assisté par le KERS et a ensuite remporté la course.

Avec l’introduction du KERS lors de la saison 2009, seules quatre équipes l’ont utilisé à un moment donné de la saison : Ferrari , Renault , BMW et McLaren . Finalement, au cours de la saison, Renault et BMW ont cessé d’utiliser le système. Nick Heidfeld a été le premier pilote à monter sur le podium avec une voiture équipée du KERS, au Grand Prix de Malaisie. McLaren Mercedes est devenue la première équipe à remporter un GP de F1 avec une voiture équipée du KERS lorsque Lewis Hamilton a remporté le Grand Prix de Hongrie le 26 juillet 2009. Leur deuxième voiture équipée du KERS a terminé cinquième. Lors de la course suivante, Lewis Hamilton est devenu le premier pilote à prendre la pole position avec une voiture KERS, son coéquipier, Heikki Kovalainenseconde qualificative. C’était aussi le premier exemple d’une première rangée entièrement KERS. Le 30 août 2009, Kimi Räikkönen a remporté le Grand Prix de Belgique avec sa Ferrari équipée du KERS. C’était la première fois que le KERS contribuait directement à une victoire en course, le deuxième Giancarlo Fisichella déclarant “En fait, j’étais plus rapide que Kimi. Il ne m’a pris qu’à cause du KERS au début”. ^[dix]

Bien que le KERS soit encore légal en F1 lors de la saison 2010, toutes les équipes s’étaient mises d’accord pour ne pas l’utiliser. ^[11] De nouvelles règles pour la saison 2011 de F1 qui ont augmenté la limite de poids minimum de la voiture et du pilote de 20 kg à 640 kg, ^[12] ainsi que les équipes FOTA acceptant à nouveau l’utilisation des appareils KERS, signifiaient que le KERS est revenu pour la saison 2011. ^[13] L’utilisation de KERS était toujours facultative comme dans la saison 2009; et au début de la saison 2011, trois équipes ont choisi de ne pas l’utiliser. ^[14]

WilliamsF1 a développé son propre système KERS basé sur un volant d’inertie, mais a décidé de ne pas l’utiliser dans ses voitures de F1 en raison de problèmes d’emballage, et a plutôt développé son propre système KERS électrique. Cependant, ils ont créé Williams Hybrid Power pour vendre leurs développements. En 2012, il a été annoncé que les voitures hybrides Audi Le Mans R18 utiliseraient Williams Hybrid Power. ^[15]

Depuis 2014, la capacité de puissance des unités KERS est passée de 60 kilowatts (80 ch) à 120 kilowatts (160 ch). Cela a été introduit pour équilibrer le passage du sport des moteurs V8 de 2,4 litres aux moteurs turbo V6 de 1,6 litre. ^[16]

Diagramme de travail pour le KERS

Le processus de fonctionnement du KERS en Formule 1

Fabricants de pièces automobiles

Un volant moteur KERS.

Bosch Motorsport Service développe un KERS pour une utilisation en course automobile. Ces systèmes de stockage d’électricité pour les fonctions hybrides et moteurs comprennent une batterie lithium-ion à capacité évolutive ou un volant d’inertie, un moteur électrique de quatre à huit kilogrammes (d’une puissance maximale de 60 kW (81 ch)), ainsi que le contrôleur KERS pour la gestion de l’alimentation et de la batterie. Bosch propose également une gamme de systèmes hybrides électriques pour les applications commerciales et légères. ^[17]

Constructeurs automobiles

Plusieurs constructeurs automobiles ont testé les systèmes KERS. ^[18] Aux 1000 km de Silverstone 2008 , Peugeot Sport a dévoilé la Peugeot 908 HY , une variante hybride électrique de la 908 diesel, avec KERS. Peugeot prévoyait de faire campagne avec la voiture lors de la saison 2009 des Le Mans Series , bien qu’elle n’ait pas été autorisée à marquer des points au championnat. ^[19]

McLaren a commencé à tester son système KERS en septembre 2008 à Jerez en préparation de la saison 2009 de F1 , bien qu’à l’époque on ne sache pas encore s’il utiliserait un système électrique ou mécanique. ^[20] En novembre 2008, il a été annoncé que Freescale Semiconductor collaborerait avec McLaren Electronic Systems pour développer davantage son KERS pour les voitures de Formule 1 de McLaren à partir de 2010. Les deux parties pensaient que cette collaboration améliorerait le système KERS de McLaren et aiderait le système à transférer sa technologie aux voitures de route. ^[21]

Toyota a utilisé un supercondensateur pour la régénération de sa voiture de course hybride Supra HV-R qui a remporté la course d’endurance des 24 heures de Tokachi en juillet 2007. Cette Supra est devenue la première voiture hybride de l’histoire du sport automobile à remporter une telle course. ^[22]

Au NAIAS 2011 , Porsche a dévoilé une variante RSR de son concept-car Porsche 918 qui utilise un KERS à volant d’inertie qui se trouve à côté du conducteur dans l’habitacle et stimule les deux moteurs électriques entraînant les roues avant et le moteur à essence V8 de 565 BHP. l’arrière à une puissance combinée de 767 BHP. Ce système présente de nombreux problèmes dont le déséquilibre causé au véhicule par le volant moteur. Porsche développe actuellement un système de stockage électrique. ^[23]

En 2011, Mazda a annoncé i-ELOOP, un système qui utilise un alternateur à tension variable pour convertir l’énergie cinétique en énergie électrique pendant la décélération. L’énergie, stockée dans un condensateur à double couche , est utilisée pour fournir l’énergie nécessaire aux systèmes électriques du véhicule. Lorsqu’il est utilisé en conjonction avec le système start-stop de Mazda , i-Stop, la société revendique des économies de carburant allant jusqu’à 10 %. ^[24]

Bosch et PSA Peugeot Citroën ont développé un système hybride qui utilise l’hydraulique comme moyen de transférer de l’énergie vers et depuis un réservoir d’azote comprimé . Une réduction allant jusqu’à 45 % de la consommation de carburant est revendiquée, correspondant à 2,9 l/100 km (81 mpg, 69 g CO ₂ /km) sur le cycle NEDC pour un châssis compact comme la Peugeot 208 . Le système est censé être beaucoup plus abordable que les systèmes électriques et à volant d’inertie concurrents et était attendu sur les voitures de route d’ici 2016, mais a été abandonné en 2015. ^{[25] [26]}

motocyclettes

Le directeur de course de KTM , Harald Bartol , a révélé que l’usine avait utilisé un système secret de récupération d’énergie cinétique installé sur la moto de Tomoyoshi Koyama lors de la course 125 cm3 du Grand Prix moto de la Communauté valencienne 2008 . Koyama a terminé 7ème. ^[27] Le système a ensuite été jugé illégal et a donc été interdit. ^{[ citation nécessaire ]} La moto électrique Lit C-1 utilisera également un KERS comme système de freinage régénératif. ^[28]

Vélos

Le KERS est également possible à vélo. L ‘ EPA , en collaboration avec des étudiants de l’Université du Michigan, a mis au point l’assistance hydraulique au lancement du Frein régénératif (RBLA) ^[29]

Cela a également été démontré en montant un volant d’inertie sur un cadre de vélo et en le connectant avec une CVT à la roue arrière. En changeant de vitesse, 20% de l’énergie cinétique peut être stockée dans le volant, prêt à donner un coup de pouce à l’accélération en changeant de vitesse. ^[30]

Le machiniste expérimental Douglas Goncz a connecté trois packs d’ultracondensateurs sur un vélo couché équipé d’un moyeu électrique en série / parallèle avec un interrupteur à bascule 4PDT en 2007 et a décrit le MObile Experimental Physics Educational Demonstrator (MOEPED) et son “volant d’inertie électrique” de 19 kJ dans une publication de groupe de discussion au groupe de discussion modéré sci.physics.research du 11/9 de cette année intitulé “MOEPED Update” et dans d’autres fils de discussion sous le mot-clé “MOEPED”. En parallèle, les packs étaient un frein régénérateur ; en série, ils étaient une source de boost. Le véhicule est resté en service ainsi équipé jusqu’en 2010. Il a été excédentaire éliminé en 2013.

Les courses

L’Automobile Club de l’Ouest , organisateur de l’événement annuel des 24 Heures du Mans et des Le Mans Series , promeut l’utilisation des systèmes de récupération d’énergie cinétique dans la catégorie LMP1 depuis la fin des années 2000. ^[31] Peugeot a été le premier constructeur à dévoiler une voiture LMP1 entièrement fonctionnelle sous la forme de la 908 HY lors de la course Autosport 1000 km 2008 à Silverstone. ^[32]

Les 24 Heures du Mans 2011 ont vu Hope Racing entrer avec un KERS mécanique Flybrid Systems, pour être la première voiture à participer à l’événement avec un hybride. Le système se composait d’embrayages à friction à grande vitesse qui transfèrent le couple vers et depuis le véhicule, couplés à un volant d’inertie de 60 000 tr / min. ^{[ citation nécessaire ]}

Audi et Toyota ont tous deux développé des voitures LMP1 avec des systèmes de récupération d’énergie cinétique pour les 24 Heures du Mans 2012 et 2013. L’ Audi R18 e-tron quattro utilise un système basé sur un volant d’inertie , tandis que la Toyota TS030 Hybrid utilise un système basé sur un supercondensateur . Lorsque Porsche a annoncé son retour au Mans en 2014, il a également dévoilé une voiture LMP1 avec un système de récupération d’énergie cinétique. La Porsche 919 Hybrid , introduite en 2014, utilise un système de batterie, contrairement à la précédente Porsche 911 GT3 R Hybrid qui utilisait un système de volant d’inertie.

Utilisation dans les transports en commun

Bus de Londres

Un KERS utilisant un volant d’inertie en fibre de carbone, développé à l’origine pour l’ équipe de course de Formule 1 Williams , a été modifié pour être adapté aux bus à impériale existants de Londres . 500 bus du groupe Go-Ahead seront équipés de cette technologie de 2014 à 2016, qui devrait améliorer l’efficacité énergétique d’environ 20 %. ^[33] L’équipe qui a développé la technologie a reçu le Trophée Dewar du Royal Automobile Club en 2015. ^[34]

Voir également

• Frein régénératif
• Rendre les voitures vertes

Références

1. ^ Flybrid Systems LLP (2010-09-10). “Systèmes Flybrid” . Systèmes Flybrid. Archivé de l’original le 13/07/2010 . Récupéré le 17/09/2010 .
2. ^ “Torotrak.com” . www77.torotrak.com . Archivé de l’original le 29 juin 2010.
3. ^ “Torotrak, Xtrac & CVT pdf” (PDF) . Archivé de l’original le 2012-03-03 . Récupéré le 17/09/2010 . {{cite web}}: CS1 maint: bot: original URL status unknown (link)
4. ^ ^{un b} “F1 KERS : Flybrid” . Ingénierie des voitures de course. 2008-11-18 . Récupéré le 15/06/2014 .
5. ^ “L’échec du KERS a provoqué une alerte au feu Red Bull” . Sport automobile . 17 juillet 2008 . Récupéré le 22/07/2008 .
6. ^ “Le mécanicien BMW échappe à la peur du KERS” . Sport automobile . 22 juillet 2008 . Récupéré le 22/07/2008 .
7. ^ “Les équipes commentent l’avenir environnemental de la F1” . Fédération Internationale de l’Automobile. 8 octobre 2008. Archivé de l’original le 28 décembre 2008 . Récupéré le 14/01/2009 .
8. ^ “Règlement technique de Formule 1 2009” (PDF) . Fédération Internationale de l’Automobile. 22 décembre 2006. Archivé de l’original (PDF) le 25 juin 2008 . Récupéré le 22/12/2006 .
9. ^ Gestion FIA (22 décembre 2006). “REGLEMENT TECHNIQUE FORMULE 1 2009” (PDF) . Fédération Internationale de l’Automobile. Archivé de l’original (PDF) le 25 juin 2008 . Récupéré le 08/07/2008 .
10. ^ Whyatt, Chris (30 août 2009). “Raikkonen remporte un duel passionnant à Spa” . BBC . Récupéré le 30/08/2009 .
11. ^ “Systèmes de récupération d’énergie cinétique (KERS)” . Formule Un. Archivé de l’original le 6 juillet 2010 . Récupéré le 14/08/2010 .
12. ^ “Ailes arrière réglables parmi les changements confirmés de 2011” . Formule 1. Archivé de l’original le 22 novembre 2011 . Récupéré le 30 avril 2021 .
13. ^ Benson, Andrew (23 juin 2010). “Modifications apportées à F1l” . BBC . Récupéré le 23 juin 2010 .
14. ^ “Team Lotus, Virgin, HRT F1 pour commencer 2011 sans KERS” . Autoévolution. 2011-01-28 . Récupéré le 01/06/2011 .
15. ^ “Audi dévoile l’hybride R18 e-tron quattro à Munich” . Sport automobile . 29 février 2012 . Récupéré le 31 août 2018 .
16. ^ “La Formule 1 retarde l’introduction des moteurs” verts “jusqu’en 2014” . BBC. 2011-06-29 . Récupéré le 27/06/2011 .
17. ^ “Bosch développant des systèmes KERS modulaires pour une gamme d’applications de sport automobile” . Congrès de la voiture verte. 2008-11-18 . Récupéré le 27/04/2010 .
18. ^ http://www.carmondo.de/blog/2008/07/03/honda-und-bmw-mit-formel-1-hybriden/ (en allemand)
19. ^ “Peugeot Sport Hybride” . Ingénierie des voitures de course. 13 septembre 2008. Archivé de l’original le 13 janvier 2009 . Récupéré le 13/09/2008 .
20. ^ Laurent Boucher (2008-09-18). “F1 KERS; McLaren sur la bonne voie avec KERS | People” . Ingénierie des voitures de course. Archivé de l’original le 2008-09-22 . Récupéré le 14/08/2010 .
21. ^ McLaren travaillera avec Freescale sur KERS le 12 novembre 2008
22. ^ “La voiture de course hybride Toyota remporte la course de 24 heures de Tokachi; Moteurs à roues et supercondensateurs” . Congrès de la voiture verte. 2007-07-17 . Récupéré le 17/09/2010 .
23. ^ [ http://wheels.blogs.nytimes.com/2011/01/10/porsche-918-rsr-have-flywheel-will-race/?ref=automobiles 918 RSR : Have Flywheel, Will Race 10 janvier 2011 ]
24. ^ Kurt Ernst. Le système de freinage régénératif de Mazda remplace les batteries par des condensateurs . 2011
25. ^ “PSA Peugeot Citroën et Bosch développent un groupe motopropulseur hybride hydraulique pour les voitures particulières ; réduction de 30 % de la consommation de carburant en NEDC, jusqu’à 45 % en milieu urbain ; application au segment B en 2016″ . Congrès de la voiture verte .
26. ^ Nouvelle, L’Usine (2015-01-12). “Hybrid Air : pourquoi PSA se dégonfle – Innovations Auto” . usinenouvelle.com/ (en français) . Récupéré le 26/08/2018 .
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30. ^ Boostez votre vélo , vendredi scientifique, 12/08/2011 , récupéré le 18/03/2017
31. ^ “Règlement technique ACO 2008 pour les classes prototypes” LM “P1 et” LM “P2, page 3” (PDF) . Automobile Club de l’Ouest (ACO). 20 décembre 2007. Archivé de l’original (PDF) le 25 juin 2008 . Récupéré le 20/01/2008 .
32. ^ Sam Collins (2008-09-13). “Peugeot Sport Hybride | Les gens” . Ingénierie des voitures de course. Archivé de l’original le 13/01/2009 . Récupéré le 14/08/2010 .
33. ^ “Royaume-Uni: GKN en accord pour fournir la technologie de volant d’inertie KERS sur les bus londoniens” . Juste automatique.
34. ^ “Le projet hybride GKN remporte une distinction majeure” . L’étoile du Shropshire.